DE640073C - Entladungsgefaess, insbesondere Gleichrichter fuer hoehere Leistungen, mit Dampffuellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Metalldampfentladungsgefäße, die mit einer festen, mit Aktivierungsmaterial versehenen Kathode und einer, Quecksilberkathode aus- ' gestattet sind. Diese Entladungsgefäße vereinigen in sich die Vorteile der Gefäße mit nur einer der beiden Kathodenarten, ohne jedoch deren Nachteile, u. a. vor allem Zündverzug bei Gefäßen mit fester Kathode

ίο und verhältnismäßig hoher Spannungsabfall zwischen Anode und Quecksilberkathode bei Gefäßen, die nur mit einer Quecksilberkathode ausgestattet sind, zu haben. Die Zündung solcher Entladungsgefäße erfolgt über die Quecksilberkathode; der zunächst zwischen Anode und Quecksilberkathode übergehende Bogen erhitzt die feste Kathode bis zur Glühelektronenexnission, und zwangsläufig geht dabei der Lichtbogen zumindest teilweise von der Quecksilberkathode auf die Glühkathode über.

Den bekannten Entladungsgefäßen dieser Art haften noch mancherlei Nachteile an. Der Übergang der Entladung von der Quecksilberkathode auf die Glühkathode erfolgt u. U. schon, bevor diese genügend aufgeheizt ist, so daß sie durch das Bombardement zu schneller Ionen verhältnismäßig leicht zerstört wird. Ferner benötigen die bekannten Entladungsgefäße noch Kühlwasservorrichtungen, um das im Überschuß von der Kathode verdampfte Quecksilber zu kondensieren.

Gemäß der Erfindung ist die bauliche Aus- gestaltung der Entladungsgefäße so getroffen, daß diese Schwierigkeiten beseitigt werden.

Erfindungsgemäß ist die Glühkathode oberhalb der Quecksilberkathode auf einem elektrisch mit dieser verbundenen, die Queck- ;--Silberoberfläche durch flanschartige Umbiegungen teilweise überdeckenden Tragkörper angeordnet und gemeinsam mit der Anode von einer zylindrischen Hilfselektrode derart eng umgeben, daß der Lichtbogen auf seiner · Bahn von der Quecksilberkathode nach der Anode dicht an der Glühkathode vorbeistreichen muß. Das hat den Vorteil, daß der Übergang der Entladung von der Quecksilberkathode auf die Glühkathode in gewissem ■ Sinne erschwert ist. Dieser Übergang findet nämlich mit Sicherheit erst dann statt, wenn der Spannungsabfall zwischen Glühkathode und Anoden wesentlich geringer ist als der zwischen Quecksilberkathode und Anode, d. h. also erst dann, wenn die Glühkathode wirklieh genügend aufgeheizt ist, so daß sie dadurch wirksam gegen eine Zerstörung durch zu schnelle Ionen geschützt wird.

Durch die Hilfselektrode wird außerdem eine gute Stabilisierung der Entladungsver-

hältnisse erreicht. Hat nämlich die Entladung einmal an der Glühkathode eingesetzt, so kann sie nicht so leicht wieder auf die Quecksilberkathode überspringen. Sie wird vielkj mehr erst bei einer längere Zeit andauernde^,·.;. Überlastung auf die Quecksilberkathode übei'r gehen, da diesem Übergang durch die zylindrische Hilfselektrode und den Tragkörper ein gewisser Widerstand entgegengesetzt ίο wird. Der Entladungszustand, bei dem ein Übergang der Entladung auf die Quecksilberkathode bzw. bei Inbetriebnahme des Gefäßes von der Quecksilberkathode auf die Glühkathode stattfindet, kann durch Anlegen der zylindrischen Elektrode an eine bestimmte Spannung festgelegt werden.

Im einzelnen ist das Wesen der Erfindung aus dem in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich. Bei der dort gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt 1 das Metalldampf entladungsgefäß dar mit dem evakuierten Metallgehäuse 2, an dessen Deckel eine Anode 3 mit Hilfe der isolierenden Durchführung 4 angebracht ist. 5 ist eine Zündelektrode mit dem üblichen Anlaßsolenoid. 6.

Die Quecksilberkathode wird von dem Quecksilber 7 gebildet, welches sich vorzugsweise direkt auf dem Boden des Gehäuses 2 befindet und in elektrischem Kontakt mit der Metallwandung 2 steht. Um das ungewollte Ansetzen von Entladungen zwischen dem Quecksilber und der Metallwandung 2 zu vermeiden bzw. das Überspringen des Kathodenfleckes auf die Wandung 2 zu verhüten (insbesondere an dem Punkt 8), ist ein Abschirmteil 9 so vorgesehen, daß nur ein geringer Spalt zwischen dem Quecksilber und dem unteren Rande des Schirmes 9 verbleibt. Die feste Kathode wird von dem Körper 11 gebildet. Er umfaßt einen unteren Teil 12 als Basis und einen oberen aktiven Teil 13, der die eigentliche feste, erhitzte Kathode (Glühkathode) bildet. Der untere Trägerteil 12 besteht aus leitendem Material von hohem Schmelzpunkt, .beispielsweise aus Graphit. Er besitzt einen flanschartig umgebogenen Teil 14, der einen Teil des Quecksilbers überdeckt. Dieser Teil 14 verhütet, daß der Kathodenfleck von der Quecksilberoberfläche über den Teil 12 nach dem oberen aktiven Teil der festen Kathode wandern kann, bevor die feste Kathode ihre vorgeschriebene Temperatur erreicht hat. Auf diese Weise wird die Zerstäubung des aktiven Teiles der festen Kathode vermieden.

Der aktive Teil der festen Kathode kann verschiedene Formen besitzen und aus verschiedenen elektronenemittierenden Stoffen gebildet sein. Es kann aus einem Gemisch eines Pulvers aus leitendem Material mit hohem Schmelzpunkt und einem Oxyd der Erdalkalien (beispielsweise Barium) bestehen. Er kann auch aus Graphit bestehen, »dk§;, mit Erdalkalioxyd getränkt ist. Er kann [iiriifessen auch eine lamellenartige (schichtvärtige) Struktur besitzen und aus elektrisch 'leitenden Platten 15 aus Graphit oder anderem geeigneten leitenden Material von hohem Schmelzpunkt zusammengesetzt sein, zwischen denen Lagen 16 aus Bariumcarbonat mit geeignetem Bindemittel eingefügt sind, oder es können Lagen bzw. Schichten von anderem geeigneten elektronenemittierenden Material verwendet werden. Die bevorzugte Ausführungsform des geschichteten Aufbaues, bei der das elektronenemittierende Material in Schichten 16 (zwischen leitenden Platten 15) vorgesehen ist, hat den Vorteil, daß die Verluste an elektronenemittierendem Material außerordentlich gering sind und die Verdampfung des Materials auf ein Minimum herabgesetzt ist, da nur eine sehr kleine Fläche des aktiven Materials, nämlich zwischen den Graphitlagen 15, von außen zugänglich ist. Trotz dieser kleinen Fläche ist genügend emittierendes Material vorhanden, um die gewünschte hohe Emission der Kathode zu gewährleisten. Das aktive Material arbeitet sich sozusagen zwischen den Graphitlagen heraus und bedeckt in atomarer Schichtdicke die ganze Oberfläche. Es handelt sich sozusagen um ein Nachwachsen des emittierenden Materials aus dem Inneren (zwischen den Platten 15) heraus. Zwischen den Platten 15 aber befindet sich ein außerordentlich großer Vorrat an emittierendem Material (Bariumcarbonat), so daß das emittierende Material auf der Oberfläche der Kathode von diesem Vorrat her ständig wieder ergänzt werden kann.

Um das Erhitzen bzw. Aufheizen der festen Kathode 13 und den Übergang des Lichtbogens von der Quecksilberkathode auf die Kathode 13 zu erleichtern, ist ein zylindrischer Schirm 17 vorgesehen, der vorzugsweise mit Hilfe eines Isolators 18 isoliert am Deckel des Behälters befestigt ist und sich nach unten bis unmittelbar an die Oberfläche des Quecksilbers 7 heran erstreckt, so daß der Schirm 17 mit der zweckmäßig abgerundeten oder zylindrisch gestalteten festen Kathode eine verhältnismäßig enge öffnung bildet. Auf diese Weise wird auch bewirkt, daß der Lichtbogen (zwischen Quecksilberkathode und Anode) infolge dieser Zusammenziehung eine große Hitze entwickelt, die die Aufheizung des aktiven Teiles 13 der festen Kathode zur Folge hat.

Zur Steuerung des Stromes in dem Ent- iao ladungsgefäß 1 oder für andere Zwecke ist ein Gitter 20 vorgesehen, welches in der

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Nachbarschaft der Anode angeordnet sein kann und beispielsweise an dem Isolator 18 aufgehängt und mit einer Stromzuführung 21 versehen ist, um an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen werden zu können. Der Abschirmzylinder 17 kann ebenfalls mit einem nach außen gehenden Spannungsanschluß 22 versehen sein, so daß auch diesem Schirm 17 ein geeignetes Potential erteilt werden kann. Die Anode 3 steht mit einem Anschluß 23 mit dem äußeren Stromkreis in Verbindung. 24 ist der Anschluß für die Kathode, welche direkt mit dem Metallgehäuse 2 verbunden sein kann.

Die Arbeitsweise des Entladungsgefäßes besteht in folgendem: Von einer geeigneten Spannungsquelle her wird der. Anode 3 eine Spannung zugeführt und in der bei den Quecksilberdampfgleichrichtern üblichen Weise die Zündung mit Hilfe des Solenoidesö und der Zündelektrode 5 bewirkt, indem die Zündanode 5 in das Quecksilber eingetaucht und schnell herausgezogen wird. Auf diese Weise wird ein Kathodenfleck "auf demQuecksilber gebildet und das Einsetzen eines Lichtbogens wie bei Quecksilberdampfgleichrichtern üblicher Art zwischen der Quecksilberkathode und der Hauptanode 3 bewirkt. Durch den Schirm 17 wird dafür gesorgt, daß der Kathodenfleck und der Dampfstrom nicht in den Raum innerhalb des Schirmes 17 eintreten kann. Die Lichtbogenentladung geht indessen durch den engen Spalt 19 hindurch, so daß der obere aktive Teil 13 der festen Kathode erwärmt wird. Sobald der Teil 13 die der gewünschten Elektronenemission entsprechende Temperatur angenommen hat, geht der Lichtbogen von der Quecksilberkathode 7 auf die feste Kathode ir über. Zwischen der festen Kathode 11 und der Anode 3 findet während des Betriebes die Entladung statt.

Bei dem erfindungsgemäßen Entladungsgefäß setzt die Lichtbogenentladung ohne Verzögerung ein, sobald die Zündung mit

Hilfe der Zündanode 5 eingeleitet wird. Sobald aus irgendeinem Grunde die Temperatur der - festen Kathode 11 unter den Wert fällt, der ζίΐί Aufrechterhaltung der vorgeschriebenssvEmission bei einem gegebenen Strom noi#N?ii.dig ist, so beginnt wieder das Arbeiten der Quecksilberkathode. .

Die Zeiten, in der die Quecksilberkathode arbeitet, sind verhältnismäßig sehr kurz, und es ist daher auch nicht notwendig, große Kondensflächen vorzusehen. Das Gehäuse 2 kann folglich einen verhältnismäßig geringen Durchmesser haben, und es können seine Seitenwände in verhältnismäßig geringer Entfernung von den Innenteilen verlaufen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Entladungsgefäß, insbesondere Gleichrichter für höhere Leistungen, mit Dampffüllung, einer oxydüberzogenen, durch den Entladungsstrom aufgeheizten Glühkathode und einer Quecksilberkathode, .zwischen der und der Anode die lichtbogenartige Entladung bei Inbetriebnahme des Gefäßes einsetzt, die Glühkathode aufheizt und danach zwangsläufig auf die Glühkathode übergeht, -dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode oberhalb der Quecksilberkathode auf einem elektrisch mit dieser verbundenen, die Quecksilberbberfläche durch flanschartige Um- biegungen (14) teilweise überdeckenden Tragkörper (12) angeordnet und gemeinsam mit der Anode von einer zylindrischen Hilfselektrode (17) derart eng umgeben ist, daß der Lichtbogen auf seiner Bahn v.on der Quecksilberkathode nach der Anode dicht an der Glühkathode vorbeistreichen muß.
2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, 8g dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode aus mehreren Schichten emittierenden Materials besteht, die unter Zwischenschaltung von leitenden Platten aufeinandergelegt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen